(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2.Pdf

Microsoft Word lan chinh sua ch lam doc LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành công trình thuỷ lợi với đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực chọn bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2” được hoàn thà[.]

TỔNG QUAN VỀ TRÀN XẢ LŨ

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TRÀN XẢ LŨ Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Trong hệ thống công trình thuỷ lợi, công trình tháo giữ vai trò quan trọng, giúp kiểm soát lượng nước lũ khi hồ đạt mực nước tối đa Nó không chỉ có khả năng tháo nước hoàn toàn mà còn có thể tháo một phần hồ chứa để thực hiện sửa chữa, nạo vét hoặc cung cấp nước cho khu vực hạ lưu.

Các công trình tháo ở Việt Nam rất đa dạng về thể loại và hình thức kết cấu Từ năm 2002, nước ta đã triển khai thiết kế và xây dựng nhiều công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, bao gồm các dự án lớn với hồ chứa và hệ thống xả lũ Một số dự án tiêu biểu như thuỷ điện Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rào Quán (Quảng Trị), Plêikrông, Sê San 3A và Sê San.

4, A Vương, Buôn Kướp, Đại Ninh, Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba

Trong khoảng 20 năm qua, Việt Nam đã nhanh chóng phát triển nhiều công trình hồ chứa lớn như Hạ, An Khê-Ka Năc, Đồng Nai 3, và Sông Tranh 2, với dung tích từ hàng triệu đến hàng chục tỷ m³ nước và khả năng xả nước lên đến hàng chục ngàn m³/s Các công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến như đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC), và đập bê tông truyền thống (CVC) đã được áp dụng thành công Nhiều đập đã đi vào vận hành an toàn, bao gồm đập Quảng Trị và Tuyên Quang, cũng như các đập Sê San 3 và Plêikrông Trước đó, một số đập lớn như Hoà Bình, Thác Bà, và Trị An cũng đã được xây dựng, góp phần vào sự phát triển của hệ thống thủy lợi và thủy điện tại Việt Nam.

A Yun Hạ, Phú Ninh đã thiết kế nhiều dạng công trình tháo lũ phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn của từng khu vực Các công trình này bao gồm tràn xả mặt sông như Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng, và xả mặt kết hợp với xả sâu tại Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang Ngoài ra, còn có các đường tràn dọc tại Ialy, Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rào Quán, Đại Ninh.

Về hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dạng tiêu năng được áp dụng:

Tiêu năng đáy là phương pháp sử dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để giảm năng lượng dòng chảy Phương pháp này có thể được thực hiện qua các kiểu bể hoặc kết hợp giữa tường và bể Thường được áp dụng cho các công trình vừa và nhỏ, tiêu năng đáy thích hợp khi mực nước hạ lưu cao và địa chất nền công trình thường là đá yếu.

A Lưới là một loại hình công trình có khả năng tiêu tán hoàn toàn năng lượng dư thừa Tuy nhiên, loại hình này yêu cầu khối lượng xây lắp lớn và chi phí cao, đặc biệt là đối với các dự án quy mô lớn.

Tiêu năng mặt là dòng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt đến đáy sau khi mở rộng hoàn toàn Trong chế độ chảy mặt ở hạ lưu, sóng giảm dần gây ra xói lở tại khu vực này Động năng thừa thường phân tán trên chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt thích hợp khi nền đá không cần gia cố hạ lưu, giảm chiều dài gia cố, và mực nước hạ lưu cao với ít biến động.

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TIÊU NĂNG

1.2.1 Khái quát chung Đặc điểm nổi bật của công trình tháo nước là khi dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình về hạ lưu, nguồn năng lượng của dòng chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ thuỷ lực nối tiếp phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của công trình Đặc tính thuỷ lực cơ bản của dòng chảy qua công trình tháo là êm ở thượng lưu (Fr < 1); chảy xiết trên đoạn chuyển tiếp (Fr > 1) và dần trở lại trạng thái tự nhiên sau khi chảy vào sông thiên nhiên Động năng thừa của dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình xuống hạ lưu là rất lớn nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy nối tiếp về hạ lưu Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm được biện pháp tiêu hao được năng lượng thừa của dòng chảy tới mức tối đa, điều chỉnh lại sự phân bộ vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm khối lượng gia cố nhưng vẫn bảo vệ được cho công trình đầu mối, cho hai bờ, lòng dẫn hạ lưu và phải đảm bảo sự ổn định trong những điều kiện thuỷ lực tương ứng với các cấp lưu lượng xả qua công trình

Một trong những nhiệm vụ chính của thiết kế nối tiếp thượng hạ lưu là nghiên cứu chế độ thuỷ lực để chọn kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng dựa trên tính toán và mô hình thuỷ lực của công trình Việc giải quyết nhiệm vụ này rất phức tạp do ảnh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu, bao gồm các vấn đề như dòng xiết, hàm khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn Đặc điểm của các chế độ nối tiếp và điều kiện phát sinh, cũng như sự tương tác giữa các dòng chảy với công trình và lòng dẫn, là rất quan trọng Hơn nữa, hình thức và kết cấu của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, đặc điểm kết cấu công trình và sự phân bố lưu lượng đơn vị qua công trình.

1.2.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Nghiên cứu về nối tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong và ngoài nước, với nhiều giải pháp được đề xuất từ các lĩnh vực và khía cạnh khác nhau.

Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu đã được nghiên cứu qua nhiều giai đoạn, bắt đầu từ Bidone vào năm 1880, tiếp theo là Belanger vào năm 1928, và gần đây nhất là N Ragiaratman với công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới.

Theo phương pháp thực nghiệm, nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm dựa trên phương trình năng lượng và động năng để xác định các hệ thức tính toán nước nhảy Qua đó, họ đã phát triển các công thức để tính toán mối quan hệ giữa dòng xả và dòng chảy hạ lưu.

Tréc tou xốp áp dụng hệ thức nước nhảy của Belanger cùng với phương trình năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp của nó.

- Giáo sư A-grốt-Skin đã lập các phương trình tính toán nước nhảy theo dạng không thứ nguyên;

- Ngoài ra có thể kể đến các tác giả như: Aivadian, Pavơlôpxki, V.I.Avrinnhayry, V.A.Saomian có nhiều nghiên cứu về vấn đề nước nhảy;

- Nghiên cứu về nhảy ngập trong bài toán phẳng có: T Bunsu, An Rakhơmanốp, N.Rangiatman,v.v…

Trong các trường hợp nước nhảy không gian, nhiều nhà nghiên cứu như Picalôp và Abơranôp đã phát triển sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh với dạng đối xứng Các nhà khoa học khác như Linhxepxki và Guncô cũng đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu này.

Serenkôp và B.T.Emxep đã chứng minh sự tồn tại của nước nhảy xiên, đồng thời xác định dạng và phân bố vận tốc của dòng xiên mở rộng Ngoài ra, các nghiên cứu tiếp theo về dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu công trình trong điều kiện biên mở cũng được thực hiện bởi Q.F Vaxiliep và M.F.Clatnhep.

Khi nhảy vào không gian với lòng dẫn mở rộng dần, nhiều tác giả như Ra-khơ-ma-nốp và T.D.Prô-vô-rô-va đã nghiên cứu các điều kiện trong khu vực nối tiếp.

* Trong trường hợp bậc thấp có đập thụt nối tiếp: có các kết quả nghiên cứu của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp

* Các nối tiếp chảy mặt ở hạ lưu công trình có thể kể đến:

Nghiên cứu của A.A Xabanhep tập trung vào việc áp dụng quan điểm rằng áp suất ở bậc tuân theo quy luật thủy tĩnh, từ đó phát triển các hệ thức tính toán thủy lực cho các bậc tiếp theo.

- Ngoài ra có thể kể đến các nghiên cứu của M.F Scolanhep, M.A Makhlop về trạng thái nối tiếp chảy mặt

Các vấn đề nối tiếp chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình liên quan đến việc tính toán chiều sâu hố xói, dựa trên nghiên cứu của T.E Mirtxkhulava cho nền đất không dính và T.Kh Akhơ-me-đốp cho nền đá rắn Ngoài ra, các nghiên cứu của B.M.Sicvascvili cũng đề cập đến sự nối tiếp giữa hai dòng phun tự do.

* Các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình có thể kể đến các nghiên cứu của B.M Sicvasvili

* Các nghiên cứu về thuỷ lực và biện pháp công trình trong đoạn chuyển tiếp còn có thể kể đến các tác giả như:

Tiêu năng trong bể và các ảnh hưởng của mực nước hạ lưu, ngưỡng và bể tiêu năng đầu hố xói đã được nghiên cứu bởi các tác giả như Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut và P Novak Những nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tiêu năng trong các hệ thống thủy lực.

- Về xói hạ lưu có các tác giả như: Ter-Arakelian, Chalumina, Vuzgo…

- Cu min đã nghiên cứu rất kỹ sự phân bố lưu tốc trong vùng chuyển tiếp thông số đặc trưng α

- Vấn đề mạch động trong và sau nước nhảy đã được chỉ ra trong các nghiên cứu của Lê Vi

Vấn đề xói đã được Grund nghiên cứu, khi ông phát hiện ra những cấu trúc đặc biệt bên trong nước nhảy Nghiên cứu này liên quan đến bài toán xói thông qua việc khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương hỗ lẫn nhau.

- Liên quan đến chiều sâu xói ổn định đã có các tác giả như: Vuzgo, Schoklitsch, Vernonese, Jaeger, Patresev, Eggenberger, Smolianninov

- Chiều dài xói ổn định có nghiên cứu của Damamzin, Patrasev, Yuricki theo quan điểm chiều dài hố xói liên quan đến độ sâu lớn nhất của hố xói

- Levi, Vuzgo… lại xác định chiều dài xói phụ thuộc vào các yếu tố dòng chảy và công trình như: dòng chảy, đất nền, dạng công trình…

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam Ở Viêt Nam, trong mấy thập kỷ gần đây, vấn đề nghiên cứu chế độ thuỷ lực và chọn bể tiêu năng chống xói ở hạ lưu công trình thuỷ lợi nói chung đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý công trình thuỷ lợi Đã có nhiều công trình nghiên cứu tại Viên khoa học Thuỷ lợi (các tác giả: Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh, Trần Quốc Thưởng…), Trường Đại học Thuỷ lợi (các tác giả: Hoàng Tư An, Nguyễn Văn Mạo, Phạm Ngọc Quý…) Viện khoa học Thuỷ lợi Nam bộ (các tác giả: Nguyễn Ân Niên, Trần Như Hối, Tăng Đức Thắng) và nhiều nhà chuyên môn khác

Nhiều tác giả Việt Nam đã thực hiện nghiên cứu tương tự như các tác giả quốc tế, từ đó đưa ra những kết luận độc đáo Bên cạnh đó, cũng có những tác giả chọn hướng nghiên cứu riêng, phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu nổi bật.

- Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đặng dùng lý thuyết lớp biên để thành lập phương trình về nước nhảy ổn định

- Nguyên cứu của Lê Bá Sơn về các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình

- Nguyên cứu của Võ Xuân Minh về ảnh hưởng liên quan của mực nước hạ lưu, ngưỡng, bể tiêu năng đầu hố xói

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THUẾT VỀ TIÊU NĂNG ĐÁY

Thiết kế tiêu năng cho phòng xói là một thách thức phức tạp và chưa có giải pháp hoàn hảo Hiện tại, nghiên cứu về tiêu năng đã phát triển nhiều phương pháp, cho phép ứng dụng độc lập hoặc kết hợp linh hoạt với nhau.

Dòng chảy hạ lưu tại khu vực tiêu năng có tính chất phức tạp, hiện chưa có phương pháp phân tích toán học chính xác Hiện nay, các công thức suy diễn từ lý luận kết hợp với hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm được sử dụng Ngoài ra, có thể áp dụng công thức bán thực nghiệm và tiến hành phân tích định tính trước khi sử dụng công thức kinh nghiệm để tính toán.

Đối với các công trình nhỏ, việc bố trí các bộ phận gần với sơ đồ lý thuyết cho phép áp dụng các công thức thủy lực để tính toán Trong khi đó, đối với các công trình lớn và vừa, sau khi thực hiện tính toán bằng công thức thủy lực, cần tiến hành nghiệm chứng thông qua mô hình thủy công.

Trong các bài toán tiêu năng phòng xói, việc sử dụng công thức toán học hay công thức kinh nghiệm thường gặp giới hạn về phạm vi ứng dụng Phân tích và giải quyết bằng số học gặp nhiều khó khăn, và việc suy diễn công thức lý luận cần những giả thiết để đơn giản hóa Trong quá trình giải các phương trình, các số hạng bậc cao thường bị loại bỏ, dẫn đến kết quả tính toán theo công thức lý luận chỉ có giá trị gần đúng Mặc dù các công thức kinh nghiệm đáng tin cậy, nhưng phạm vi sử dụng của chúng cũng bị hạn chế và không thể mở rộng áp dụng.

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng giúp tái hiện công trình thực tế trong điều kiện phức tạp, cho kết quả gần gũi với thực tế Phương pháp này giải quyết những vấn đề thực tiễn trong thiết kế, xây dựng và khai thác công trình thủy lợi mà lý thuyết không thể đáp ứng đầy đủ Qua thực nghiệm mô hình thủy lực, các công thức lý thuyết được kiểm tra, bổ sung và chính xác hóa, đồng thời kiểm chứng kết quả từ mô hình toán Mô hình thí nghiệm, khi sát với thực tế, tạo ra độ tin cậy cao trong việc đánh giá và ứng dụng.

Mặc dù các công thức thực nghiệm có ứng dụng nhất định và giá trị gần đúng, nhưng thí nghiệm mô hình không thể mô tả chính xác các hiện tượng như sóng vỗ và dòng chảy có hiện tượng trộn khí Việc quyết định kích thước công trình tiêu năng dựa vào thực nghiệm mô hình đôi khi không hoàn toàn chính xác, do sự khác biệt giữa mô hình và dòng chảy thực tế, cũng như trạng thái dòng chảy và dòng phát sinh thường không đồng nhất Vì vậy, thực nghiệm mô hình không phải là phương pháp tuyệt đối.

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hình

Nguyên hình là mô hình tỷ lệ 1:1, đảm bảo các điều kiện tương tự Tuy nhiên, dòng chảy thực tế diễn ra theo quy trình không thể kiểm soát hoàn toàn, khiến việc nghiên cứu và đo đạc thông số trên nguyên hình trở nên khó khăn Khi công trình đã hoàn thành và xảy ra sự cố an toàn, việc điều chỉnh kết cấu và hình thức tiêu năng trở nên phức tạp và tốn kém.

Khi nghiên cứu về tiêu năng, việc chỉ sử dụng một trong ba phương pháp là không đủ; do đó, cần kết hợp cả ba phương pháp để tìm ra giải pháp hiệu quả nhất Độ chính xác của mô hình và tính toán là yếu tố đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế, trong khi tính thực tiễn kiểm nghiệm độ an toàn của công trình Từ các số liệu quan sát thực tế, có thể xây dựng các công thức thực nghiệm hữu ích.

MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG ĐÁY

Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THÁO 1.4.1 Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng

Công trình tháo nước thường làm việc với nhiều cấp lưu lượng khác nhau

Công trình tiêu năng cần phải đảm bảo khả năng tiêu năng hiệu quả cho mọi cấp lưu lượng trong phạm vi thiết kế Kích thước của công trình phải tạo ra nước nhảy ngập với hệ số ngập σ từ 1.05 đến 1.0 trong tất cả các trường hợp Để đáp ứng yêu cầu này, cần phải tính toán lưu lượng gây ra tình huống nối tiếp bất lợi nhất, được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng.

Trong trường hợp xấu nhất, khi nối tiếp bằng nước nhảy xa có hiệu số (h c ” -h h) lớn nhất, chiều dài đoạn chảy xiết sẽ đạt mức tối đa Do đó, việc thiết kế công trình tiêu năng cần được thực hiện với quy mô lớn nhất để đảm bảo hiệu quả.

Lưu lượng tính toán tiêu năng không nhất thiết phải bằng lưu lượng lớn nhất Việc xác định lưu lượng này cần phải phân tích các trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào mực nước thượng và hạ lưu của công trình.

1.4.2 Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy Độ sâu tại mặt cắt co hẹp hc ở sau công trình được xác định trực tiếp bằng phương pháp Bécnuli viết cho mặt cắt 0-0 và mặt cắt C-C (hình 1-3)

Hình 1-3: Giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình tháo nước

E0: Cột nước toàn phần thượng lưu so với đáy sân sau tại mặt cắt C-C Σξ : Tổng các hệ số tổn thất từ mặt cắt 0-0 đến C-C

= + ξ ϕ α 1 là hệ số lưu tốc (1-3)

Sau khi tính toán hc theo công thức đã nêu, có thể xác định độ sâu liên hợp giữa hc và hc” với độ sâu hạ lưu hh, từ đó xác định các hình thức nối tiếp tương ứng.

Trong trường hợp 1, hạ lưu được phân loại dựa trên dòng chảy và mối quan hệ với mức nước Khi dòng chảy êm, nếu hc” > hh, nước sẽ nhảy phóng xa; nếu hc” = hh, nước nhảy phân giới; và nếu hc” < hh, nước nhảy ngập.

Trong trường hợp 2, khi hạ lưu là dòng chảy xiết với điều kiện hc” > hh, dòng chảy sẽ nối tiếp giảm dần từ hc đến hh (hình 1-3) Nếu hc” = hh, một dòng chảy đều sẽ hình thành ngay sau mặt cắt co hẹp (hình 1-3) Ngược lại, khi hc” < hh, sẽ có một đường dâng nối tiếp với dòng chảy đều trong kênh dẫn (hình 1-3).

Trong hình thức nối tiếp bằng nước nhảy phóng xa, sau mặt cắt co hẹp C-C, xuất hiện một đoạn dòng chảy xiết (đường mặt nước loại C) trước khi chuyển thành dòng chảy êm bình thường ở hạ lưu Độ sâu liên hiệp thứ hai sau nước nhảy tương ứng với độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Biết độ sâu hạ lưu hc” = hh, chúng ta có thể tính toán độ sâu trước nước nhảy và xác định chiều dài đoạn chảy xiết bằng phương pháp tính dòng không đều.

1.4.3 Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đáy

Nối tiếp chảy đáy có nước nhảy xa được coi là nguy hiểm nhất, do đó cần áp dụng biện pháp khử dạng nối tiếp này để chuyển đổi thành nối tiếp bằng nước nhảy ngập Mặc dù dòng chảy sau nước nhảy ngập vẫn duy trì vận tốc lớn ở đáy và dòng mạch động kéo dài, nhưng điều này vẫn cho phép hình thành nối tiếp chảy mặt.

Có nhiều biện pháp và hình thức tiêu năng, trong đó biện pháp cơ bản nhất là chuyển đổi chế độ nối tiếp từ nước nhảy xa sang nối tiếp bằng nước nhảy ngập Để thực hiện điều này, cần tăng độ sâu ở hạ lưu.

- Đào sân sau: Tức là làm bể tiêu năng:

- Làm tường chắn để nâng cao mực nước – Tức là làm tường tiêu năng;

- Vừa đào sâu, vừa làm tường – Bể và tường tiêu năng kết hợp

- Ngoài ra có trí thiết bị tiêu năng phụ - Các mố, ngưỡng, răng

Nhiệm vụ tính toán bao gồm việc xác định chiều sâu của bể và chiều cao của tường tiêu năng, cùng với việc xác định chiều dài bể Lb và hình thức, kích thước của thiết bị tiêu năng phụ.

1.4.3.1 Tính bể tiêu năng (hình vẽ 1-3)

Phương pháp chung thường tính chiều sâu bể tiêu năng theo công thức: d =σ hc”- hh-ΔZ (1-4)

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các yếu tố liên quan đến độ sâu hạ lưu (hh) khi chưa đào bể, cùng với độ sâu liên hợp (hc”) tính toán theo cao trình sân bể và cột nước thượng lưu (E0’ = E0 + d) Hệ số an toàn ngập (σ) được xác định trong khoảng từ 1,05 đến 1,0 Cuối cùng, chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể được tính bằng công thức ΔZ = ⎟⎟.

Diện tích mặt cắt ướt ở cuối bể được ký hiệu là ωb, với chiều sâu hb = σhc Diện tích mặt cắt ướt ở hạ lưu sau bể được ký hiệu là Δ Hệ số lưu tốc tại cửa ra của bể, ký hiệu là ϕ’, thường nằm trong khoảng từ 0,95 đến 1,0.

Trong công thức (1-4), để xác định giá trị d, các thành phần hc” và ΔZ phụ thuộc vào ẩn số d Vì vậy, bài toán cần được giải quyết bằng phương pháp tính toán lặp để đạt được độ chính xác dần dần (Hình vẽ 1-3).

Chiều c của tường tiêu năng tính bằng công thức:

H1: Cột nước tràn trên đỉnh tường, tính theo công thức tràn chảy ngập:

NHẬN XÉT CHUNG

Xử lý nối tiếp và tìm giải pháp tiêu năng phòng xói ở hạ lưu là công việc quan trọng trong thiết kế công trình tháo, yêu cầu tính toán cẩn thận dựa trên điều kiện địa hình, địa chất và mực nước hạ lưu Việc lựa chọn giải pháp tiêu năng phù hợp giúp tránh các hậu quả bất lợi từ sự nối tiếp dòng chảy Kết cấu tiêu năng đáy là một trong những hình thức phổ biến nhất tại Việt Nam, thường được cải thiện bằng cách xây dựng các thiết bị tiêu năng như mố, ngưỡng để tiêu hao năng lượng dòng chảy, giảm lực phản kích và tối ưu hóa chiều dài sân sau Tuy nhiên, việc bố trí thiết bị tiêu năng ở khu vực có lưu tốc lớn dễ dẫn đến áp lực âm, gây hư hỏng bê tông và ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc Do đó, cần có phương pháp tính toán chính xác và nghiên cứu trên mô hình thủy lực để cải thiện điều kiện hoạt động của thiết bị tiêu năng.

Việc xử lý dòng chảy hạ lưu và tìm giải pháp tiêu năng để phòng chống xói mòn cho công trình là rất cần thiết và phức tạp do ảnh hưởng của nhiều hiện tượng thuỷ lực bất lợi Bài viết này sẽ trình bày các tính toán ban đầu để xác định bể tiêu năng sau đập tràn, đồng thời kết hợp với kết quả thí nghiệm để lựa chọn hình thức và kết cấu bể tiêu năng hợp lý, đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn Hạ Sê San 2.

TÍNH TOÁN BỂ TIÊU NĂNG TRÀN HẠ SÊ SAN 2

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH HẠ SÊ SAN 2

Công trình thuỷ điện Hạ Sê San 2 tọa lạc tại Campuchia, cách biên giới Việt Nam - Campuchia khoảng 250km về phía Tây Nó nằm cách điểm nhập lưu sông Srêpôk và Sê San khoảng 1,5 km và cách điểm hợp lưu giữa sông Sêkông và sông Sê San khoảng 20km về phía thượng lưu Vùng lòng hồ của thuỷ điện này hoàn toàn thuộc huyện Sê San, tỉnh Stungstreng, Campuchia Hạ Sê San 2 là công trình cuối cùng trong sơ đồ bậc thang sau hợp lưu của sông Sê San và Srêpok.

Đầu tư xây dựng công trình thủy điện Hạ Sê San 2 không chỉ cung cấp nguồn điện cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân tỉnh Ratarakin và Stungtreng, mà còn hỗ trợ lưới điện Việt Nam Dự án này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

- Tạo nguồn bổ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt và công nghiệp trong tương lai

- Phát triển du lịch, giao thông thuỷ và đánh bắt nuôi trồng thuỷ hải sản khu vực hồ chứa

Sau khi hoàn thành xây dựng công trình Hạ Sê San 2, khu vực này sẽ trở thành một điểm dân cư sầm uất với cơ sở hạ tầng đầy đủ Hệ thống giao thông phục vụ thi công sẽ thúc đẩy giao lưu kinh tế và xã hội, kết nối khu vực xây dựng với các trung tâm kinh tế, xã hội địa phương, góp phần vào sự phát triển kinh tế khu vực.

2.1.1.2 Các hạng mục của công trình nghiên cứu

+ Đập dâng để tạo cột nước và hồ chứa

2.1.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chính

- Cấp công trình: Công trình cấp I

- Diện tích lưu vực đến tràn Sê San 2: 49.200 Km 2

- Lưu lượng lũ thiết kế (P = 0,1%): 22.734 m 3 /s

- Lưu lượng lũ kiểm tra (P = 0,02%): 28.470 m 3 /s

2.1.2.1 Giới thiệu về đập tràn

Các thông số cơ bản của tràn:

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Các thông số cơ bản của đập tràn:

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL-C-8-76

2.2.2 Năng lực xả của đập tràn

Lưu lượng xả qua đập tràn thực dụng xác định theo công thức sau:

+ ε: Hệ số co hẹp ngang có kể tới ảnh hưởng của các mố trụ

+ ξ mb : Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng mép vào tường bên

+ ξ mt : Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mố trụ trên mặt bằng

+ Σb = n*b với b là bề rộng khoang tràn, n là số khoang tràn

+ H o : Cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần

Hình 2-1: Sơ đồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn

Bảng 2-1: Bảng quan hệ mực nước thượng lưu và lưu lượng xả tổng

2.2.3 Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể Độ sâu dòng chảy tại đầu vào bể tiêu năng được xác định theo công thức:

Trong đó: + φ: là hệ số lưu tốc, lấy φ = 0,9

+ q: là tỷ lưu, q = Q/Bd + Bd: chiều rộng kênh

+ Eo: Năng lượng tại mặt cắt phía trước tràn tính với mặt chuẩn là đáy bể tiêu năng

Bằng phương pháp tính thử dần ta tính được độ sâu hc tương ứng với các cấp lưu lượng

Bảng 2-2: Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể tiêu năng

2.2.4 Tính lưu lượng tiêu năng

Lưu lượng tính toán tiêu năng là lưu lượng tối ưu giúp đạt hiệu số (hc’’ - hh) lớn nhất, giả định không có tổn thất cột nước từ đập tràn đến bể tiêu năng Đối với các công trình thủy điện và thủy lợi, đặc biệt là đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, lưu lượng sẽ biến đổi từ nhỏ đến giá trị lớn nhất Tiêu năng là yếu tố quan trọng không thể thiếu sau đập tràn, và thiết bị tiêu năng cần thiết để xử lý hiệu quả cho mọi cấp lưu lượng Việc xác định cấp lưu lượng gây ra sự nối tiếp bất lợi nhất là cần thiết, và lưu lượng này được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng Kích thước bể tiêu năng sẽ lớn nhất tại lưu lượng tính toán tiêu năng, nhưng điều này không đồng nghĩa với việc lưu lượng tính toán tiêu năng là lớn nhất.

Để xác định lưu lượng tiêu năng cho đập tràn Hạ Sê San 2, các giá trị lưu lượng đã được tính toán qua đập tràn sẽ được sử dụng Luận văn sẽ xem xét giá trị lưu lượng từ Q min = 5.000m3/s đến Q max = 28.470m3/s để tính toán lưu lượng tiêu năng Kết quả tính toán sẽ được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2-3: Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng

Từ kết quả tính toán trên với hiệu số (hc''-hh) lớn nhất ứng với lưu lượng tiêu năng là Q = 16.284 m3/s

2.2.5 Tính toán lý thuyết tiêu năng

2.2.5.1 Tính chiều sâu bể tiêu năng:

Tính chiều sâu bể tiêu năng bằng phương pháp thử dần theo công thức: h b = h h + d + ∆Z Trong đó: Độ chênh mực nước trước bể và sau bể là ∆Z

Z q ϕ σ q: Lưu lượng đơn vị được tính tại mặt cắt cuối bể d: Chiều sâu đào bể h h : Mực nước hạ lưu tương ứng φ b : Là hệ số lưu tốc của bể φ b = 0,95 ÷ 1,00

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-4: Kết quả tính chiều sâu đào bể tiêu năng

2,50 20,90 1,26 18,65 8,84 9,72 0,25 1,94 2,66 Như vậy ứng với lưu lượng tính toán tiêu năng Q = 16.284m 3 /s, chọn chiều sâu đào bể tiêu năng d = 4,30m

2.2.5.2 Tính chiều dài bể tiêu năng Lb:

- Theo công thức kinh nghiệm của M.Đ Tréctôutxốp: Lb = β.ln + l1

Trong đó: + β: Hệ số thực nghiệm, β = 1

+ l n : Chiều dài nước nhảy theo Saphoret: Công thức (3-30

+ l1: là khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp c-c, do đập là đập hình cong nên l 1 =0

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-5: Kết quả tính chiều dài bể tiêu năng

Qua tính toán với Q tiêu năng = 16.284m 3 /s thì chiều dài bể tiêu năng Lb

= 75,58m Chọn bể tiêu năng dài L b m

Bảng 2-6: Thông số bể tiêu năng sau tràn

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn là bước quan trọng để xác định các thông số kỹ thuật dựa trên tài liệu đầu vào và các phương pháp tính toán Quá trình này giúp xác định hình thức và kết cấu của bể tiêu năng, đồng thời đánh giá mức độ an toàn và điều kiện khả thi Cuối cùng, việc đề xuất phương án bể tiêu năng cho công trình tràn xả lũ Hạ sẽ đảm bảo hiệu quả và an toàn cho hệ thống.

Tính toán thủy lực gồm:

- Tính toán xác định khả năng tháo

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn giúp xác định các thông số quan trọng như lưu tốc dòng chảy và cao trình đường mặt nước Từ đó, kích thước và chiều dài bể Lm được xác định, với chiều sâu bể tiêu năng là 4,30m Vận tốc giữa bể, tại cuối đoạn dài 45,0m, đạt khoảng 11,09m/s, do đó chỉ cần gia cố bê tông dài 45,0m Đoạn sau của bể không cần gia cố vì nền là đá Enđêzit, với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m và vận tốc cho phép Vcp là 25 m/s.

Bên cạnh đó, cần tính toán kích thước, kết cấu và các thông số quan trọng của đập tràn, bao gồm hệ số lưu lượng, khả năng tháo nước của tràn, và cao trình mực nước thượng hạ lưu tràn.

Hình 2-2: Sơ đồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn sau khi rút ngắn bể tiêu năng

SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ

LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

Dòng chảy qua đập tràn là loại dòng chảy hở chịu tác động chủ yếu từ trọng lực Theo lý thuyết mô hình thủy lực, tiêu chuẩn tương tự được sử dụng là Froude (Fr).

V - Là lưu tốc dòng chảy (m/s)

L - là kích thước dài (m) g - Là gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 )

C - Là hệ số chezy theo công thức Manning: C n

R egh - Hệ số Rây-nôn giới hạn trong khu tự động mô hình:

R m ε Δ 14 ε - Hệ số sức cản ma sát (ε = 8 2

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH

a Mô hình t ổ ng th ể tràn v ậ n hành:

Mô hình tổng thể tràn xả lũ vận hành được chọn theo tỷ lệ λl=1:100 Kiểm tra điều kiện tương tự mô hình thỏa mãn:

Từ tỷ lệ λl suy ra các tỷ lệ cần thiết

(i) Về chiều dài mô hình

Phần thượng lưu tràn có chiều dài cần mô hình hóa là L TL/H = 30, với độ sâu lớn nhất trên tràn H khoảng 19.0m Do đó, chiều dài lòng hồ phần thượng lưu trong mô hình tương ứng với thực tế là LTL ≈ 600m Để bố trí phần lặng sóng và đoạn chuyển tiếp, chiều dài L TL được lấy khoảng 900m.

Chiều dài phần hạ lưu sau tràn, từ tim tuyến tràn đến vị trí đo mực nước, cần xem xét ảnh hưởng của kênh xả nhà máy thủy điện Chiều dài vùng đệm trong mô hình được xác định tương ứng với thực tế, với giá trị L HL khoảng 1100m.

Như vậy tổng chiều dài trên mô hình tương ứng với chiều dài đoạn sông có công trình là ΣL ≈ 2000 m

(ii) Chiều cao cần mô hình hoá:

+ Phần thượng lưu: Mực nước thực tế lớn nhất là MNGC = 78.10m, cao trình đỉnh đập ∇81.0m, cao trình đáy lòng sông điểm thấp nhất khoảng

∇33.0m, nên suy ra chiều cao cần xét là: ∇81.0 - 33.0 H.0m, cộng thêm chiều cao an toàn và độ sâu lớp đệm để lên cọc địa hình nên lấy H TL = 100m

Mực nước lũ kiểm tra ở hạ lưu là MNGC = 63.91m, với cao trình đáy sông khoảng ∇33.0m, do đó độ cao cần thiết là HHL ≈ 31m Kết hợp với độ cao an toàn và lớp đệm lên cọc địa hình, HHL được chọn là khoảng 80m.

(iii) Chiều rộng cần mô hình hoá:

Xét yếu tố không gian chọn chiều rộng cần mô hình hoá có cao độ lớn hơn mực nước hạ lưu lớn nhất khoảng B ≈ 1400m

Như vậy phạm vi công trình nghiên cứu trong mô hình là:

+ Chiều dài tổng cộng ΣL = 2000m + Chiều rộng (theo chiều dài đỉnh đập) B = 1400m + Chiều cao: HTL = 100m, HHL = 80m

Hình 3-1: Mô hình tổng thể thủy lực tràn xả lũ Hạ Sê San 2 b Mô hình t ổ ng th ể nghiên c ứ u thu ỷ l ự c s ơ đồ d ẫ n dòng x ả l ũ thi công:

Từ tỷ lệ mô hình λL = 100 suy ra các đại lượng khác nêu ở bảng 3.1

Bảng 3-1: Bảng quan hệ tỷ lệ của các mô hình

TT Tên tỷ lệ Biểu thức Với λl = 100

Trong phần công trình, đập tràn và cống dẫn dòng được xây dựng bằng bê tông cốt thép có độ nhám từ 0.016 đến 0.018 Theo tỷ lệ mô hình đã chọn, vật liệu làm mô hình cần có độ nhám là 0.0075.

0 ÷ ≈ (với mô hình tổng thể)

Do đó cho phép chọn kính hữu cơ có toạ độ nhám là: n kính ≈ 0.008 ÷ 0.0090 làm vật liệu để gia công chế tạo mô hình là đảm bảo

Địa hình lòng sông chủ yếu được hình thành từ lớp phủ cuội cát sỏi với độ nhám thực tế n ≈ 0.023 ÷ 0.025 Do đó, vật liệu dùng để chế tạo địa hình lòng sông ở thượng và hạ lưu công trình cần có độ nhám tối thiểu là n m 15.2.

Do vậy trong mô hình cho phép sử dụng vữa xi măng cát trát và xoa nhẵn

3.2.3 Bố trí thiết bị đo Để thu thập các thông số thuỷ lực theo yêu cầu nội dung thí nghiệm trên các mô hình đã bố trí thiết bị như sau:

- Đo lưu lượng: Dùng đập lường thành mỏng, lỗ chữ nhật, xác định theo công thức Rebock:

Trong đó: b- Chiều rộng của đỉnh đập lường (m)

H* - Cột nước tác dụng trên đỉnh đập lường (m)

Đo lưu tốc sử dụng đầu đo điện tử PEMS, E 40 do Hà Lan sản xuất, với dải đo từ 0,05 m/s đến 5,0 m/s và độ sai số chỉ 1% Thiết bị này được kết nối với máy tính để thu nhận tín hiệu, đồng thời có chương trình tự động xử lý số liệu hiệu quả.

Mạch động lưu tốc được đo bằng đầu điện tử, với tín hiệu được máy vi tính tiếp nhận thông qua bộ khuyếch đại Hệ thống này có chương trình cài sẵn để tự động xử lý số liệu.

Đo áp suất trung bình là quá trình sử dụng ống đo áp để xác định áp suất thực tế Áp suất thực tế được tính toán từ giá trị cột áp đo được thông qua công thức: P TT = P m λp.

Mạch động áp suất được đo bằng đầu đo áp suất điện tử được sản xuất tại Hà Lan và Cộng hòa Liên bang Đức Số liệu thu thập được sẽ được đưa vào máy tính để ghi lại và vẽ biểu đồ cho mạch động áp suất.

- Đo mực nước và sóng:

Mực nước hồ ở phía thượng lưu và mực nước hạ lưu được đo bằng thiết bị kìm đo cố định do Trung Quốc và Nga sản xuất, với độ chính xác lên đến 0,1mm Để đo đường mặt nước dọc theo công trình và dao động sóng, máy thuỷ chuẩn Ni04 và mia có khắc số được sử dụng, cho phép xác định với độ chính xác đến 0,5mm.

Để đảm bảo độ ổn định trong phép đo, thiết bị điện tử cần ghi số liệu trong khoảng thời gian từ 30 đến 60 giây cho mỗi điểm đo, với tần suất nhận 10 tín hiệu mỗi giây.

Như vậy chuỗi số liệu của mỗi lần đo là 300 ÷ 600 lần

+ Mạch động lưu tốc (σv) được tính theo biểu thức: σv u n

+ Mạch động áp suất (σp) được tính theo: σp p n

Trong đó, u' và u là lưu tốc tức thời và lưu tốc trung bình theo thời gian (m/s), p' và p là áp suất tức thời và áp suất trung bình theo thời gian (mH2O) Số lần tín hiệu đo đạc được ký hiệu là n.

Các thiết bị đo đạc trên đã được kiểm định sai số không vượt quá 1%

+ Khi chế tạo và xây dựng mô hình thì dung thước thép với vạch khắc 0,5mm do TQ chế tạo và dùng thước kẹp để kiểm tra

Để xác định cao độ trên địa hình với kích thước mô hình lớn, sử dụng thước thép có độ dài từ 10m đến 20m do Trung Quốc sản xuất Máy Ni04 được áp dụng để đo đạc chính xác.

3.2.4 Bố trí mặt cắt đo đạc trên

Để theo dõi mực nước trong công trình, ngoài việc sử dụng kim đo cố định ở thượng lưu và hạ lưu, cần đo mực nước hồ tại vị trí 10Ho Đồng thời, cũng cần thiết lập điểm đo ở giữa kênh xả hạ lưu để thực hiện các phép đo mặt cắt ngang và vận tốc dòng chảy.

Hình 3.2: Mặt bằng tổng thể bố trí vị trí mặt cắt đo

THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH

Phương án thiết kế đã được thử nghiệm trên bể tiêu năng dài 80.0m và bề rộng đáy kênh xả nhà máy thủy điện Bđ!3m Sau khi hoàn thành gia công, chế tạo và lắp đặt mô hình, cơ quan tư vấn đã kiểm tra và xác nhận đạt yêu cầu Tiếp theo, cơ quan thí nghiệm đã mở nước thử nghiệm và tiến hành thí nghiệm chính thức.

Thí nghiệm phương án thiết kế xả độc lập qua tràn xả lũ được thực hiện với 05 cấp lưu lượng, bao gồm 2 cấp lưu lượng lũ kiểm tra và lũ thiết kế tương ứng với Q(0.02%) và Q(0.1%) Các cấp lưu lượng này được thí nghiệm cho chảy tự do qua tràn, trong khi các cấp lưu lượng còn lại được vận hành theo chế độ khống chế độ mở cửa van tương ứng với mực nước hồ ở cao trình ∇75.0m.

Bảng 3.2: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

3.3.1.2 Thí nghiệm đường mặt nước: Để xác định đường mặt nước, đã bố trí đo dọc công trình Kết quả đo vẽ đường mặt nước ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ ghi trong các bảng 3-3 đến bảng 3-7 (Bảng phụ lục kèm theo)

Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong hai trường hợp chảy tự do và chảy dưới cửa van, mặt nước ở thượng lưu tương đối phẳng lặng, với dòng chủ lưu chảy vào giữa tràn.

Dòng chảy gần cửa vào tràn giảm dần theo dạng nước đổ, với hiện tượng nước dềnh lên cao ở đầu các trụ pin Mặt nước giữa tim khoang tràn vồng cao, trong khi đường mặt nước lõm xuống sát trụ pin Các đầu trụ pin đều có hiện tượng co hẹp, trong đó hai trụ pin bên có co hẹp đứng lớn hơn Dòng chảy trên các khoang tràn nhìn chung diễn ra trơn thuận.

Hình 3-3: Mô hình tổng thể tràn khi chưa có tường biên bên phải

Hình 3-4: Mô hình tổng thể thủy lực tràn khi chưa có tường biên xuất hiện dòng vật phía bên phải tràn

Khi xả lũ qua cửa van, mặt nước hồ tương đối phẳng lặng, nhưng phía trước cửa van xuất hiện phễu xoáy ở hai bên khe phai trụ pin Lưu lượng xả lũ dao động từ Q=9.340 đến 16.284 m³/s, với phễu xoáy ở hai trụ pin bên lớn hơn và liên tục.

Trong cả hai chế độ vận hành, khi dòng chảy đổ xuống bể tiêu năng, nước nhảy hoàn chỉnh được hình thành Sóng trong bể có kích thước tương đối lớn, tương ứng với các cấp lưu lượng xả khác nhau Ở mọi cấp lưu lượng thí nghiệm, mực nước luôn thấp hơn cao trình ổ trục cửa van.

Mực nước ở hạ lưu đạt 67,23m, tuy nhiên, đường mặt nước ngang trên các mặt cắt đo không đồng đều Đồng thời, sóng dao động ở hạ lưu vẫn còn mạnh, điều này được thể hiện rõ qua số liệu đo trong các bảng 3-3 đến 3-7.

3.3.1.3 Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dòng chảy:

Với hai chế độ xả qua tràn là chảy tự do và chảy dưới cửa van ứng với

Mô hình đã được thiết lập với 05 cấp lưu lượng từ Q=5.000 đến 28.470 m³/s, trong đó có bố trí đo lưu tốc dòng chảy theo sơ đồ đo đường mặt nước Kết quả đo lưu tốc được ghi lại trong các bảng từ bảng 3-8 đến bảng 3-12.

Qua thí nghiệm cho thấy vận tốc đáy một số vị trí chủ yếu như sau : a Đầu bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 15,15 ÷ 16,50 a Trong bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 9,34 ÷ 9,58 c Cuối bể tiêu năng ::

Như vậy lưu tốc đáy tại bể tiêu năng lớn nhất đạt 19,09m/s

3.3.1.4 Xác định mạch động dòng chảy:

Kết quả xác định mạch động vận tốc dòng chảy cho các trưởng hợp xả lũ thệ hiện qua các bảng 3.13 đến bảng 3.17

Kết quả đo mạch động lưu tốc cho thấy mạch động đáy lớn nhất ở một số vị trí:

- Đầu bể tiêu năng khoảng 1,298 m/s

- Trong bể tiêu năng khoảng 0,99 m/s

- Cuối bể tiêu năng khoảng 0,39 m/s

3.3.1.5 Thí nghiệm tiêu năng: Ứng với 05 cấp lưu lượng thí nghiệm cho 2 trường hợp xả lũ qua tràn, sau khi dòng chảy qua tràn đổ xuống bể tiêu năng trong cả 2 trường hợp đều hình thành nước nhảy hoàn chỉnh Với hình thức tiêu năng đáy qua nước nhảy hoàn chỉnh trong bể, để xác định hiệu quả tiêu năng ta thiết lập phương trình năng lượng cho 2 mặt cắt; mặt cắt ở thượng lưu đập tràn 1-1 và mặt cắt 2-2 đầu lòng sông sau bể tiêu năng tại mặt cắt đo XII ta có:

Chọn mặt chuẩn so sánh O-O tại cao trình đáy bể tiêu năng ∇41,5m + Tại mặt cắt 1-1 Z 1 ’ = Z 1 – 41,50

Z1’, Z2’ : là thế năng ở mặt cắt 1-1 và 2-2

1 : là động năng tại mặt cắt 1-1 và 2-2

Kết quả đo đạc tính toán ứng với các chế độ thí nghiệm chủ yếu đạt được hiệu quả như trong bảng 3-18

Bảng 3-18: Xác định hiệu quả tiêu năng

Dữ liệu cho thấy khi xả lũ với lưu lượng thiết kế và kiểm tra trường hợp xả tự do, năng lượng tiêu hao qua công trình và bể tiêu năng chỉ đạt từ 35,15% đến 36,01%, với khoảng 40% năng lượng dư còn lại gây ra sóng mạnh ở lòng sông hạ lưu Trong khi đó, khi xả lũ với chế độ chảy dưới cửa van, năng lượng tiêu hao tăng lên từ 43,54% đến 62,97% Mặc dù năng lượng dòng chảy qua bể tiêu năng chưa được tiêu hao nhiều, nhưng mô hình tổng thể cho thấy năng lượng dư lớn hơn do dòng vật đổ vào hai bên bể vuông góc với dòng chảy từ tràn đổ xuống, gây ra nhiễu động mạnh và làm giảm hiệu quả tiêu năng.

3.3.1.6 Thí nghiệm nghiên cứu nối tiếp

Dữ liệu đo lường cho thấy mực nước tại đuôi đập tràn và đầu bể tiêu năng thấp hơn mực nước hạ lưu, dẫn đến việc nước nhảy trong bể không thuộc dạng nước nhảy ngập Tất cả các chế độ xả đều tạo ra hiện tượng nước nhảy hoàn chỉnh trong bể tiêu năng.

Các yếu tố của nước nhảy tương ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ đã được xác định qua mô hình tổng thể tràn, với độ sâu liên hiệp h c ’ và h c ” cùng chiều dài nước nhảy được ghi trong bảng 3-19 Dữ liệu cho thấy rõ ràng mối liên hệ giữa lưu lượng và các thông số nước nhảy.

- Chiều dài nước nhảy lớn nhất ứng với Q 284m 3 /s, với Ln = 67,00m

- Chiều dài nước nhảy ngắn nhất ứng với Q =5.000m 3 /s, với Ln = 42,08m

Bảng 3-19: Xác định các thông số tiêu năng

Lưu lượng xả Q Zhồ Zhl hc' hc" Chiều dài nước nhảy Ln

Chiều dài nước nhảy lớn nhất đo được là L n = 67,0m, tương ứng với lưu lượng xả lũ Q = 284m³/s, nhỏ hơn chiều dài bể thiết kế L TK Do đó, nước nhảy hoàn toàn nằm trong bể tiêu năng.

3.3.2 Kết quả thí nghiệm phương án sửa đổi

Phương án sửa đổi mô hình tổng thể được thực hiện sau khi thí nghiệm thiết kế, nhằm đánh giá các hiện tượng bất lợi về thủy lực và điều chỉnh các hạng mục cần thiết.

+ Chiều dài bể tiêu năng được rút ngắn từ Lm xuống còn Lu.0m, bề rộng đáy kênh thủy điện mở rộng B đ %0.0m

Đánh giá kết quả nghiên cứu

Bài viết tổng hợp kiến thức về tính toán thủy lực cho các công trình nối tiếp tiêu năng bằng dòng đáy, tập trung vào việc phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy ở hạ lưu công trình Đồng thời, bài viết cũng trình bày các phương pháp tính toán hiện đang được sử dụng trong giảng dạy và sản xuất.

Luận văn cũng thu thập được một số công trình có nối tiếp tiêu năng dòng đáy ở trong nước và nước ngoài để rút ra bài học kinh nghiệm

Tính toán lý thuyết kết hợp với thí nghiệm trên mô hình nhằm đề xuất phương án tối ưu cho kết cấu nối tiếp và tiêu năng đáy hợp lý cho tràn xả lũ Hạ.

Kết quả thí nghiệm mô hình tại Sê San 2 với thiết kế bể tiêu năng dài 80.0m và bể tiêu năng sửa đổi dài 75.0m cho trường hợp xả lũ độc lập qua tràn vận hành đã chỉ ra những thông số quan trọng về hiệu suất và khả năng điều tiết nước.

Dòng chảy qua tràn khi xả cho chảy tự do tạo ra nước nhảy hoàn chỉnh, với năng lượng tiêu hao đạt từ 35,15% đến 62,97% tổng năng lượng của dòng chảy Chiều dài nước nhảy lớn nhất đạt được là Lnước nhảyf.0m tương ứng với lưu lượng Q.284m3/s Đối với chiều dài bể Lbể = 75.0m, nước nhảy vẫn nằm hoàn toàn trong bể tiêu năng theo phương án sửa đổi.

Khả năng tháo, áp suất dòng chảy và diễn biến thủy lực ở thượng lưu cùng trên thân tràn không thay đổi do thượng lưu và công trình đầu mối giữ nguyên Tuy nhiên, vận tốc và mực nước trong bể tiêu năng có sự biến đổi nhẹ, với vận tốc dao động từ 0.05 đến 0.30 m/s và mực nước từ 0.02 đến 0.20 m Đặc biệt, chiều dài nước nhảy trong phương án sửa đổi ngắn hơn so với phương án thiết kế khoảng 1.0 m (PATK Lg.0m; PASĐ Lf.0m).

Giá trị lưu tốc đáy được xác định với cấp lưu lượng tiêu năng Qp=1%.284m3/s cho thấy vận tốc giữa bể dài 45,0m đạt khoảng 11.09m/s, do đó cần gia cố bê tông cho đoạn đầu bể Trong khi đó, đoạn sau bể có nền đá Enđêzit với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m cho phép vận tốc Vcp = 25 m/s, theo tài liệu 13, nên không cần gia cố bê tông.

Theo phương án thí nghiệm sửa đổi, đoạn sau bể tiêu năng đầu lòng sông hạ lưu sẽ gặp hiện tượng xói cục bộ trong quá trình vận hành tràn xả lũ khi lưu lượng đạt mức Q ≥ Q10%.

Tồn tại và hạn chế

Do hạn chế về thời gian, nghiên cứu trong luận văn này chưa xem xét các yếu tố ảnh hưởng khác như hiện tượng sóng, hàm khí, mạch động, khí thực, cũng như các yếu tố thủy lực khác ở thượng lưu công trình.

Trong khuôn khổ luận văn mới chỉ nghiên cứu đoạn công trình nối tiếp bằng dòng chảy đáy ở một công trình cụ thể

Giải quyết vấn đề nối tiếp và tiêu năng cho công trình xả lũ là một thách thức phức tạp, đòi hỏi nghiên cứu và áp dụng hiệu quả các hình thức xử lý dòng xiết, kết cấu tiêu năng và biện pháp phòng chống xói lở hạ lưu Yêu cầu về địa chất sẽ khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm công trình, địa hình và địa chất cụ thể, làm cho việc phòng chống xói lở trở nên càng phức tạp Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng để lựa chọn giải pháp công trình hợp lý nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình.

Ngành xây dựng thủy lợi ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình thủy lợi và thủy điện lớn được xây dựng Những công trình này thường có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn và dòng chảy mạnh, điều này đặt ra yêu cầu cao về an toàn cho cả công trình và khu vực hạ lưu Do đó, việc nghiên cứu tình hình thủy lực ở hạ lưu là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các công trình này.

4 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

1 Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài mới nghiên cứu được phần xả độc lập qua tràn (xả tự do), cần tiếp tục nghiên cứu xả có cửa van điều tiết qua đập tràn sẽ làm sáng tỏ thêm các vấn đề mà xả độc lập qua tràn chưa thể hiện rõ được

2 Trong điều kiện cho phép có thể tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề tồn tại trong quá trình nghiên cứu ở trên như: các vấn đề về mạch động, hàm khí, khí thực…từ công thức thực nghiện đã tìm được, kiểm nghiệm lại qua số liệu thí nghiệm của công trình khác có điều kiện tương tự để đánh giá độ tin cậy của các công thưc

3 Nghiên cứu đầy đủ hơn các trường hợp mà công trình phải làm việc tương ứng với các loại đất nền khác nhau qua đó tìm được giải pháp công trình phù hợp nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Nguyễn Chiến (1997), Tính toán thủy lực các kết cấu để diều khiển dòng xiết trong công trình xả nước, Trường Đại học Thủy lợi

2 Nguyễn Chiến (2003), Tính toán khí thực các công trình thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội

3 Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng điện 1 (PECC1), Báo cáo chính về công trình thuỷ điện Hạ Sê San 2

4 Lưu Công Đào, Nguyễn Tài, Sổ tay tính toán thủy lưc, dịch từ tiếng

Nga, NXB Nông Nghiệp, năm 1984

5 Nguyễn Văn Mạo (2001), Tính toán thủy lực công trình tháo nước

(Bài giảng cao học và NCS), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

6 Phạm Ngọc Quý (1996), Thực nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi (Bài giảng cao học), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

7 Phạm Ngọc Quý (2003), Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo

8 Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mô hình thuỷ lực công trình, Nxb Xây dựng, Hà Nội

9 Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007), Đập tràn thực dụng, Nxb Xây dựng, Hà Nội

10 Trường Đại học Thủy lợi (2006), Giáo trình thủy lực tập I, II, NXB Nông nghiệp, Hà Nội

11 Trường Đại học Thủy lợi (2005), Các bảng tính thủy lực, NXB Xây dựng, Hà Nội

12 Trường Đại học Thủy lợi (2004), Thi công các công trình thủy lợi tập 1,2, NXB Xây dựng, Hà Nội

13 Viện Khoa học Thủy Lợi, Báo cáo kết quả thí nghiệm thủy lợi đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, Hà Nội

14 Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators, Colorado

15 The US Army corps of Engineers (1990), Hydraulic Design of Spillways

16 Ven te Chow, Ph.D, Open-channel Hydraulics, New York, London

PHỤ LỤC TỪ 3-3 ĐẾN PHỤ LỤC 3-23

Hình a: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q(.470m 3 /s

Hình b: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q.284m 3 /

Hình c: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=9.340m 3 /s

Hình d: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=5.000m 3 /s §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 76.84 76.82 75.60 75.70 75.50 75.65 75.85 75.56 76.80 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 64.82 65.79 66.00 65.80 65.65 65.75 65.30 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng 11,35m.

8 65.17 64.81 55.23 56.54 54.77 55.30 64.74 Cuối tràn, đầu bể tiêu năng Cách tim đập dâng 31,85m.

11 64.08 64.13 64.41 64.14 64.26 63.85 64.20 63.94 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

Ghi chú về thủy trực cho thấy rằng thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi thủy trực 15 ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm từ 1 đến 15 được đánh số thứ tự, từ điểm 1 đến điểm 15, để dễ dàng theo dõi và phân tích.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 63.68 63.57 64.12 63.95 63.98 64.00 63.79 63.85 63.91 63.76 63.12 62.94 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng 11,35m.

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm từ 1 đến 15 được đánh số thứ tự rõ ràng để dễ dàng nhận diện và theo dõi.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 74.89 74.92 74.08 74.22 74.25 74.84 74.78 74.85 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

4 75.06 75.00 74.99 75.02 75.00 75.05 75.07 75.09 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

11 55.51 53.85 56.46 56.16 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

1 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

6 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng

Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ ph?i; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

15 Hạ lưu Cách tim đập dâng 570,00m

Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

11 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu. Đỉnh tràn

Ghi chú : Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy.

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm bên bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm bên bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm được đánh số từ 1 đến 15, từ điểm 1 đến điểm 15.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim ®Ëp d©ng 7,20m.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 111,85m

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng

7,20m. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu. Đỉnh tràn

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2
Tác giả	Hoàng Quốc Đạt
Người hướng dẫn	PGS. TS Trần Quốc Thưởng
Trường học	Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Công trình thuỷ lợi
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	119
Dung lượng	1,43 MB